调频广播发射技术

1、调频广播发射技术 李 栋中国传媒大学信息工程学院、概述 1922年发表调频理论的研究报告，1941年美国建立起世界上第一个调频电台。 工作频段：VHF（视距传播）； 频率范围：87-108MHz； 带宽：理论带宽为，有效带宽为200 kHz左右； 调频时主载波的最大频偏为 75kHz。 调频广播的特点：（1） 失真小 调频广播造成失真的来源不同于调幅广播。 调幅波失真来源：电子管特性曲线的非线性。调幅信号是幅度变化的信号，与调制信号成线性的关系受到损害就意味着失真。 调频波失真来源：调频波的幅度是恒定的，高频振荡的频率随着调制信号线性变化。 失真来源于： a、系统的幅频特性的不平坦（即不同的频

2、率成分放大或衰减的幅度不一致，发生相对幅度的变化）；b、相移频率特性的非线性（线性：传输过程中，频率高的成分相移大，频率低的成分相移小，相移与频率成正比）。（2）抗干扰能力强： 多种干扰电波（天电干扰、工业干扰、其他电台的干扰）一般为幅度变化的干扰，而振幅的变化可以通过接收机中的限幅器使其不产生影响，调频广播的干扰影响远小于调幅广播。 （3）便于开办立体声、多节目和附加信息 广播。（4）发射机功率利用系数高，整机效率高， 发射机在调制过程中输出的高频功率是不变的，携带信息的边带功率是由载波功率转化而来的。第一节 调频原理一、调频的定义与表达式 调频与调相都是使高频振荡的相角产生变化，故统称角度

3、调制，而高频振荡的幅度保持不变。单音调制时的调频波形 调频波的数学表达式 设高频载波电压的角频率为c,在此基础上叠加一个随音频调制信号u(t)= U cost线性变化的变量（t）,即： （t）=Kf U cost Kf表示单位调制信号所引起的角频偏，量纲为弧度/（秒. 伏）调频波的瞬时角频率表达式为： （t）=c +（t） =c+ Kf U cost=c+ cost （ 1-1） 式中： 为音频调制信号的角频率（=2F ） 为调频波的频偏振幅值（=2f） 上式表明：调频波的瞬时角频率（t）在（c+）与（c-）之间，按照调制信号的变化规律而变化。调频波的瞬时相位如何变化？ 设未调高频振荡电压u

4、(t)= Uc cos(ct+0)= Uc cos （t ） （1-2）（t ）= (ct+0)为总相角，0为初始相角。调制后的总相角为：（t ）= （）d+0 = c+ cos d+0 =c t+(/) sint+0 (1-3)t0t0将式(1-3)的结果代入式(1-2)，便得到已调频波的数学表达式： u (t)= Uc cos c t+(/) sint+0 = Uc cos c t + mf sint+0 (1-4)式中mf =/=f/F，称为调频指数，可为任意正值，从物理意义上说，调频指数代表着在调频过程中相角偏移的幅度（简称相偏振幅）。结论：（1）、调频的同时必然伴随着调相，但二 者的

5、规律不同；（2）、频偏幅度只与调制信号的幅度 （大小）有关，而与调制信号的频率无关；（3）最大相偏与调制信号的幅度成正比， 而与调制信号的频率成反比。请注意：调频波中有三个有关频率的概念 ：（1）、fc（或c）：未调载波频率，即调频波的中心频率；（2）、f（或）：频偏振幅，表示调制信号变化时高频波瞬时频率偏离中心频率（载频）的幅度；（3）、F（ ）：音频调制信号频率，表示在调频过程中，每秒钟高频振荡瞬时频率在其最大值fc +f 与最小值fc f之间往返摆动的次数（由于调频的同时必然伴随着调相，因此，也表示每秒钟高频振荡的瞬时相位在自己的最大值与最小值之间往返摆动的次数）。 二、调频波的频谱分析

6、 调角信号也可以分解为许多不同频率与不同幅度的正弦信号之和。对调角信号进行频谱分析，可以得出各频谱分量分布规律、能量关系及调角信号的频带宽度。1、频谱分析 根据前面的分析，若调制信号是单频余弦，则： 已调频波为 u (t)= Uc cos c t + mf sint+0 (1-5) 根据公式cos(A+ B)= cosA.cosB-sinAsinB和cos(A-B)= cosA.cosB+sinAsinB，将式(1-5)中的 msint视为A , （c t + 0）视为B,进行变换，得到： u (t)= Uc cos c t + msint+0 = Uc cos (msint)cos(c t+

7、 0)-sin(msint)sin(c t+ 0) (1-6)将上式展开为贝塞尔函数: cos (msint)= J0 (m)+2 J2 (m)cos2t+2 J4 (m)cos4t+. =J0 (m)+ 2 J2n(m)cos2nt (1-7) sin(msint)= 2 J1 (m)sint +2 J3 (m)sin3t +2 J5 (m)sin5t +. =2 J2n+1 (m)sin(2n+1)t (1-7)1n0n 将式(1-6) 和(1-7)代入 (1-5)，并利用公式2cosAcosB=cos(A+B)+ cos(A-B) 与 -2sinAsinB= cos(A+B)- cos(

8、A-B) ,可得到以下结果： u (t)= Uc J0 (m) cos（c t +0 ）-2 J1 (m)sint sin（c t +0 ）+2 J2 (m)cos2t cos（c t +0 ）-2 J3 (m)sin3t sin（c t +0 ）+2 J4 (m)cos4t cos（c t +0 ）-2 J5 (m)sin5t sin（c t +0 ） = Uc J0 (m) cos（c t +0 ）- ( 载频) + Uc J1 (m)cos(c+)t+0- cos(c- )t+0- (第一对边频) + Uc J2 (m)cos(c+2)t+0+ cos(c- 2)t+0- （第二对边频）

9、 + Uc J3 (m)cos(c+3)t+0- cos(c- 3)t+0+- （第三对边频）= Uc Jn (m)cos(c+n)t+0 (1-8)n 式中Jn (m)为调制指数为m的n阶第一类贝塞尔函数（n为阶数、m为自变量），并有以下关系： （-1）n Jn (m) = J-n (m) (1-9) 即n为偶数时， Jn (m) = J-n (m)；n为奇数时，- Jn (m) = J-n (m) 。由以上分析可知，载波被单音频信号调频后产生的频谱，除了载频分量c外，上下各有无数个边频分量cn，它们与载频分量的距离恰为调制信号频率的整数倍，奇次上下边频分量的相位相反，偶次上下边频分量的相位

10、相同，载频分量及各边频分量的振幅，由对应的各贝塞尔函数值确定。贝塞尔函数值随m变化的规律2、功率关系 当不调制时，m=0，J0 (m) = J0 (0)=1，而J1 (0)= J2 (0)= J3(0)-=0； 在调制时，J0 (m) 、J1(m) 、J2(m) 、J3(m) 、都随m而变化。 但是，J0 (m)除了m=0时等于1外，m0时总是小于1。 这说明载波分量的能量分配到其他边频分量中去了，综合能量应与未调制时的载波状态完全相同。现证明如下： 载波状态的功率：Pc = U2c /(2R) (R为负载电阻) 调制状态的功率： P，= U2c /(2R) Jn 2(m) 由贝塞尔函数的性质

11、可知， Jn 2(m)= J0 2(0)=1 nn 因此 ， ， 调频后的平均功率没有发生变化，只是“转移”或“转化”，转化的程度由m决定。对于某些特定的m值，J0(m) =0 ，说明此时载波功率全部转移到边带中去了。 调频时，调制信号只起着控制功率分配的作用，它本身不提供功率。 结论： 不论调制指数m为何值，调频波各频率分量的功率之和总是等于未调载波的功率。从能量守恒的关系来考虑，由于调频波的幅度是固定不变的，因此，上述结论也是成立的3、载波与边带波的相对幅度随调制指数m的变化趋势分析 由变化趋势可以看出，随着m的增加，代表载频和边频相对幅度的各系数J0 (m) 、J1(m) 、呈简谐衰减曲

12、线变化。从曲线还可以看出，对于某些m，载频或某些边频的振幅为0。 例如，m为2.405 5.520 8.653 -，时J0 (m)=0，利用这一现象，可以测定调制指数m和频偏f。频偏测量方法与原理： 用某已知频率F（例如F=13586 .8Hz）去调制载波，由0逐渐增大调制信号的幅度（即增大调制系数m，用频谱分析仪观察到J0的幅度由1（相对值）逐渐减小到0，这就是第一个载波0点， J0 (2.405)=0，此时的m=2.405，根据公式f=mF，可计算出f=32.7kHz。如继续增大调制信号的幅度，使载波出现第二个0点， J0 (5.520)=0，此时的 m=5.520，可计算出f=75kHz

13、。4、调频波的有效带宽 上述的理论分析已经表明，调频波的频谱无限多，理论带宽为无穷大。但是对于给定的m值来说，高到一定次数的边频分量的振幅小到可以忽略不计的程度，对于工程上来说，不会带来显著的误差与影响。 如果忽略掉幅度小于1/10 未调载波幅度的那些边频分量，就能保留住调频波的99%的能量（1-0.12=0.99）。根据贝塞尔函数表可以发现，边带次数凡是高于（m+1）的频率分量，其幅度都小于0.1，由此确定出的有效带宽为： B=2（m+1）F=2（f+F） 对于高质量的调频广播来说，为了满足良好的失真指标，要求保留更多的边带，忽略掉幅度小于1/100 未调载波幅度的那些边频分量，保留住调频波

14、的99.99%的能量（1-0.012=0.9999）。这时，有效带宽就不能用一个简单的公式来表明。 但根据贝塞尔函数表和m值，可以查得应保留的边带次数n,则有效带宽为：B=2nF。 例如，当用F=15kHz的调制信去调制，且调频波的频偏达到最大值f=75kHz，算出m=f/F=75kHz /15kHz=5，查贝塞尔函数表得到n=8，则有效带宽为B=2nF=240 kHz。 假设调制信号的频率F降低为3.75 kHz，频偏仍达到最大值f=75kHz，则m=75kHz /3.75 kHz =20，查得n=24,得到B=180 kHz。 虽然m增大了，有效边带次n数多了，但由于调制频率F低了，各相邻

15、边频之间的间隔小了，所以带宽并不加宽多频信号调制的已调波的频谱 用多频信号对载波进行调频，已调波的频谱成分非常复杂，它既包含载波分量、各音频分量形成的各次边频成分，各音频分量的基波、各次谐波之间的和差组合频率形成的边频成分。 在双频（1和2）信号调制的情况下，已调波可表达为： u (t)= = Uc Jn (m1) Js (m2) cos(c+ n1+ s2)tns 由上式可以看出，当s=0 , m2=0时，相当于只用1的信号对载波调频，于是产生一系列上下边频，用（c+ n1）= （c | n| 1 ）表示，各边频的幅度分别为未调载波的振幅乘以各阶Jn (m1)值。 当频率为2的信号不为0时，

16、相当于频率为2的信号对一系列新的载波调频，这一系列新的载波的幅度为Uc Jn (m1)，新的载波的频率为c+ n1，n为-+。 这相当于对已调频波再次进行调频，相当于对原来单频调制的已调波的每一谱线进行调频，在每一谱线的两边又制造出一系列上、下边频，谱线为c+ n1+ s2，幅度是在原来幅度Uc Jn (m1)的基础上再乘以Js (m2)。 三、调频的方法1、直接调频 通过改变回路元件的参数实现调频。LC振荡回路的谐振频率由L和C的参数决定，用调制信号控制L或C的大小，进而控制振荡频率而实现调频。 例如，接入振荡回路中的变容二极管，可以作为电压控制的电容元件，受调制信号电压控制而改变电容量，从

17、而使回路振荡频率改变。2、间接调频 通过调相实现调频。3、通过数字信号处理，用计算的方法实现调频。 第二节 调频广播的加权技术 在调频系统中，由于微分噪声频偏与微分噪声相偏的关系为dfn =fdn ,调频噪声电压与频率成正比，其结果是，对于高音频信号来说，信噪比下降。 为了提高其信噪比，在调频广播中通常使用一种加权方法，即人为在接收机鉴频器后的音频系统中加上高音频衰减网络使高音频段内幅度较高的噪声得到衰减。接收机中的这种措施称为“去重”，相应的衰减网络叫去重衰减。 但是，在去重的同时，节目信号的高音频成分也衰减了，使节目原貌发生变化。为了保持广播节目的本来面目，在发射端，人为地将音频调制信号的

18、高音频成分加以提升，这中措施叫“预加重”，即通过高音频提升网络增强高音。 如果“预加重”量与“去重”量相当，就能既完好保持节目的本来面貌（各种频率成分的振幅固有关系），不会发生频率失真，又抑制了高音频成分的噪声。由于节目信号的高能量信号主要集中在低音频和中音频段，大幅度的高音频成分很少，因此，由于预加重而产生过调制的概率很小。一、预加重与去重特性 国际上对预加重与去重特性有明确的规定，发射端调频器之前的预加重频率特性必须与接收端鉴频器后的去重频率特性成反函数的关系。 预加重频率特性为：Fp() = = = (2-1)去重频率特性为： Fd() =1/ =1/ =1/ (2-2)012ff012

19、f221012ff012f221习惯上将预加重和去重频率特性用对数表示，预加重频率特性为： 20lgFp() =10 lg 1+ (2f )2 （dB） （2-3） 去重频率特性为： 20 lg Fd()=-10 lg 1+ (2f )2 （dB） (2-4) 式 (3-1) -(3-4)中的f0是幅度提升3dB或衰减3dB时的频率。 = 1/0=1/(2f0) ,具有时间量纲，称为时间常数。 不同的值对应不同的频率特性。通常规定 =50s或 =75s。我国在调频广播中规定 =50s。 不同值的预加重特性 由曲线可以看出，使用不同的值，同一提升量对应不同的频率，或者说同一频率时有不同的提升量。

20、二、预加重与去重网络1、预加重网络 电路参数的配置要求RR0，(1/c)R0，=RC。预加重网络由图可以看出：E2/E1 = R0/R/（1/jc）+ R0 (R0/R)（1+jRc）=(R0/R)（1+j）,|E2/E1|=(R0/R) Fd(), (R0/R)为衰减系数，由等量的放大来补偿。 2、去重网络 E2/E1=(-j1/c)/R-j1/c=1/(1+jRc)= 1/(1+j), |E2/E1|= Fd()。第三节导频制调频立体声广播 为了实现兼容性与逆兼容性，调频立体声广播都保留单声道广播时传送的信号部分，也就是继续传送左、右信号的“和”信号（单声道信号），在基带中占据0-15KH

21、z的范围（实际为30Hz-15KHz），称为主信道；在主信道的基础上，通过频谱搬迁形成一个副信道，在副信道传送左、右信号的“差”信号。主、副一起对主载波调频。 用差信号对38KHz的副载波进行双边带调幅时，是将副载波分量全部抑制掉。然而，为便于接收机恢复载波以解调出差信号，另外再传送一个19KHz的导频信号。 导频制的立体声复合基带信号可表示为： e (t)=M+S cosSt+ pcos (S/2) t M=（L+R)/2 , S=（L-R)/2, S =2fs, fs=38kHz 导频制立体声复合基带信号频谱图 在导频制中，复合基带信号对主载波调频时的频偏分配：M与S cosSt最大分别占

22、总频偏的90%，而pcos (S/2) t固定占10%。由于M信号达到最大时，S信号必然为0；反之，S号达到最大时，M信号必然为0。此起彼伏，称为蜂房效应，可以保证M与S cosSt相叠加的任何瞬间产生的总频偏不会超过90%（相当于75kHz X 90%=67.5 kHz ）。 在接收端，调频波经解调后得到立体声复合基带信号，经低通滤波器选出和信号M，经过带通滤波器选出副信道信号，与由导频信号倍频后得到的副载波信号相加，再经幅度解调电路得到差信号S，M与S经和差组合得到L和R信号：M+S=（1/2）（L+R）+（1/2）（L-R）=L M-S=（1/2）（L+R）-（1/2）（L-R）=R 立

23、体声分离度 立体声广播要求左、右两声道之间的相互串扰要小，一般要求达到40dB以上。表示左、右两声道之间相互串扰的程度称为立体声分离度，它是立体声的特征指标。 当只有L（或R ）信号调制时，经理想解码器解码后输出的L（或R ）声道的信号电压为L0（或R0 ），此时 L（或R ）信号 串入到R（或L ）声道的信号电压为 RL （或LR），则二者绝对值之比即为立体声分离度，用下式表示为： Se =20 lg ( L0 / RL ) =20 lg (M+S)/ (M-S) dB影响立体声分离度的因素： 振幅失真相位失真导频相位 正确的导频与副载波信号之间的相位关系 第四节第四节功率合成与分配技术功率

24、合成： 通过功率合成网络，将多个高频功率放大器的输出功率相加；功率分配： 通过功率分配网络，将高频信号功率均匀、互不影响地同时分配给多个独立的负载，使每个负载获得功率相等、相位相同（或相反）的信号。常用方法： 传输线变压器、传输线定向耦合器和1/4波长传输线等。 功率合成与分配是相互联系的，用作功率合成的晶体管，必须通过功率分配而得到激励信号。 合成网络与分配网络的结构是相同的，其区别不过是信号源与负载相互调换了位置。一、3dB带状线定向耦合器 带状线定向耦合器是一个四端口器件，线长为中心频率所对应的波长的1/4，各端口都接以匹配负载。若信号源由端口1接入，则端口2、4有输出，而3端没有输出。

25、 带状线定向耦合器结构示意图 带状线定向耦合器有如下特性：（ 1）、若信号源由端口1接入,出端2是通过电磁耦合而输出能量，称为耦合端； 4端是靠传导而输出能量，称为直通端；3端无能量输出，称为隔离端。 （2）、 2端输出电压与输入端1输入电压同相，电压大小之比称为电压耦合系数K0= |U2/U1|，其功率与输入功率之比，称为功率耦合系数C0= K20= |U2/U1|2，通常用dB表示为： C0=10 lg |U2/U1|2 (2-2) 根据带状线理论，K0= ， K20=0.5, 即 ： P2=0.5 P1 , 用dB表示的耦合度： 20 lg |U2/U1|=10 lg |U2/U1|2=

26、-3dB （2-3） 22（3）、输出端4的 U4与U1的关系： U4=（ ）U1 （2-4） P4/ P1= |U4/U1|2=0.5 , 10 lg P4/ P1 =-3dB (2-6) ej90022(4) 、 2端的输出功率与隔离端3的输出功率之比，称为定向耦合器的定向系数，通常用dB表示为： D=10 lg |U2/U3|2 = 10 lg P2/P3 （ dB） (2-7) 在理想情况下，U3=0，D为无穷大。实用中一般对D提出一个起码的要求，例如要求大于35 dB。（5）、电压驻波比（VSWR）： 电压驻波比的定义为：VSWR=（入射波电压+反射波电压）/（入射波电压-反射波电压

27、） （2-8） 取决于各端的匹配程度，一般要求小于1.1 (相当于反射电压小于0.0476入射电压)。二、3dB带状线定向耦合器功率合成与分配 （一） 3 dB定向耦合器功率分配 将输入信号U1（振幅值）加于端口1， 各端口功率关系如下： P1= (1/2)U12/R P2= (1/2) ( U1)2 /R = (1/2) P1 P3=0 P4= (1/2) ( U1)2 /R = (1/2) P12端和4端各分得一半的输入功率,实现了功率分配(但电压相位差900) 2222（二）功率合成 将两个相位差900的信号源分别加在3 dB定向耦合器的两个相互隔离端,例如2端和4端,则可实现在3端的功

28、率合成。 3 dB定向耦合器功率合成设u2= U2 , u4= U4 , 对于u2而言, 1端为耦合端,得到同相的耦合电压 U1 = U2 。而3端为直通端,得到落后900的直通电压 U3= U2 。 ej00ej90022ej0022ej900对于u4而言, 3端为耦合端,得到同相的耦合电压U3”= U4 ，而1端为直通端,得到落后900的直通电压 U”1= U4 22ej90022ej1800因此,在两个电源的共同作用下,当U2=U4=U时：1端的输出电压为U1=U1 +U”1 = U2 + U4 =0，3端的输出电压为U3=U3 +U”3 = U2 + U4 = U 。22ej0022e

29、j18002222ej900ej9002ej900端口2和4输入功率分别为： P2= (1/2) U2 /R ， P4= (1/2) U2 /R1端输出功率为P1=0；3端输出功率为P3=(1/2)（U）2 / R =2 P2= 2P4 当U2和U4相位差900，但U2U4时，会有少量的功率传到1端的吸收电阻而被消耗掉。三、威尔金逊网络功率分配与合成 威尔金逊网络是基于/4传输线的阻抗变换作用，利用阻抗变换功能将要合成（或要分配）的各路功率进行阻抗变换后，再并联合成（或分配）212ZZW在 ， 的条件下，n个功率放大器只有m个工作，（n-m）个出故障，此时，送入负载上的功率为：bLRRR00R

30、nW ,)/(02,PnmPL 是每个功率放大器输出的功率。 平衡电阻上消耗的功率为：0P0/ )(PnmnmPb四、调频与电视广播用双工器与多工器 调频广播或电视广播发射机，可借助双工器或多工器，实现不同频率的信号功率的合成，共用一条馈线和一套天线。（一）、等臂3 dB 桥滤波式双工器 分别将两个3dB耦合器和滤波器对臂连接成桥式，构成桥式双工器。滤波器可分为带阻式（陷波式）和带通式两种。 1、等臂、等臂3 dB 桥带阻式双工器桥带阻式双工器等臂3 dB桥带阻式双工器构成 图像信号由3 dB定向耦合器I送入，经耦合器I进行功率分配（两路电压相差900），两个带阻（对伴音而言）滤波器对图像信号

31、来说无影响，可以畅通无阻地通过，两路相差900的图像电压，通过耦合器II，在天线端实现功率合成。 伴音信号由3 dB定向耦合器II送入，经进行功率分配，两路电压相差900，沿着等臂长向两个带阻(对伴音而言)滤波器传去，形成全反射后又返回耦合器II，也在天线端进行功率合成。 带阻滤波器并非理想，漏过的伴音信号送入耦合器I，在吸收电阻R0上合成而消耗掉，而不会送到图像发射机。等臂3 dB桥带阻式双工器既实现了在天线上的功率合成，又使图像发射机和伴音发射机相互隔离。 2、等臂、等臂3 dB 桥带通式双工器桥带通式双工器 等臂3 dB 桥带通式双工器构成 与等臂3 dB桥带阻式双工器不同，一是将图像与

32、伴音信号的位置相互对调，二是两个滤波器对伴音信号是带通（对图像来说是带阻）。分析方法同上，在正常工作情况下，图像与伴音信号在天线合成。3、实用的电视广播双工器、实用的电视广播双工器 有效抑制fv 4.43MHz（fv为图像载波频率）频率成分，降低对邻频道的干扰，是实际的图像与伴音双工器要考虑的问题。 实用的电视广播双工器 组成部分：3dB定向耦合器I和II，两个伴音反射器，两个（fv 4.43MHz）频率成分反射器，一个吸收电阻R0。工作原理如下： 图像信号：由3dB定向耦合器I的1端输入，由2端和4端输出两路差相900的信号。反射元件对图像信号呈并联谐振，故无反射而直接送到3dB定向耦合器I

33、I的1端和3端，在耦合器II的4端功率合成而送往天线，在2端相互抵消，不影响伴音发射机。 伴音信号：由3dB定向耦合器II的2端输入，经3dB定向耦合器II的1端和3端输出两路差相900的信号，由于伴音反射器对伴音信号呈短路状态，两路信号在此形成全反射，又返回3dB定向耦合器II的1端和3端，最后在3dB定向耦合器II的4端功率合成而送往天线，在2端相互抵消而不返回伴音发射机。 实际上伴音反射器对伴音信号不可能实现理想全反射，回有少量的功率传到3dB定向耦合器I，如果漏过去的功率相同，二者将在耦合器I的1端相互抵消而不会影响图像发射机，在耦合器I的3端相叠加，被吸收电阻吸收。 图像发射机送来的

34、图像信号中的fv4.43MHz频率成分，经fv 4.43MHz反射器全反射后，返回耦合器I的2端和4端，最后在1端相抵消而不送回图像发射机，在3端叠加而被吸收电阻吸收。（二）、等臂3 dB 桥滤波式多工器 由两个等臂3 dB 桥可构成三工器 ，可以实现三种不同频率的信号合成，例如一套电视节目的图像与伴音以及一套调频节目的功率合成。等臂3 dB 桥带阻式三工器原理图 第一个3 dB 桥中的滤波器对伴音信号来说是带阻，对图像信号来说是带通；伴音和图像信号先在第一个3 dB 桥中合成后，送入第二个3 dB 桥，再与FM信号在天线合成。第二个3 dB 桥中的滤波器对FM信号是带阻，对图像与伴音信号来说

35、是带通。 等臂等臂3 dB 桥带通式三工器桥带通式三工器 等臂3 dB 桥带通式三工器原理图星形双工器 最简单的星形双工器适用于调频广播发射机。 陷波器组成的星形双工器陷波器N2对信号f1呈现高阻抗，而陷波器N1对信号f1形成串联谐振，呈现极低阻抗，相当于1/4传输线的负载为0，其输入阻抗为无穷大，即图的右侧部分对信号f1呈现高阻抗，促使信号f1直接送往天线；同理，图的左侧部分对信号f2呈现高阻抗，促使信号f2直接送往天线。 也可用带通滤波器构成星形双工器，它由f1和f2带通滤波器和一个分支电路组成。 带通滤波器组成的星形双工器 f1带通滤波器使频率为f1的信号顺利到达分支点，由于f2带通滤波

36、器对f1呈现低阻抗，经1/4传输线的阻抗变换，在分支点对f1来说相当于开路，于是，f1的信号功率只送往天线。 同理，f1带通滤波器对f2呈现低阻抗，经2/4传输线的阻抗变换，在分支点对f2来说相当于开路，于是，f2的信号功率只送往天线。 带通滤波器类似双回路并联谐振电路，输入输出采用耦合环耦合。 星形双工器的特点是线路简单，造价低。但是，它只是通过一组带通滤波器隔离，f1与f2之差不能太小。当f1-f2 =1.3MHz时，隔离度只有20dB, 当f1-f2 =2.0MHz时, 隔离度只有27dB。星形滤波式多工器 三部发射机经过三个带通滤波器和三段馈线汇接于O点（称为星点），由O点将三路合成的

37、信号送往天线。F1、F2、F3是三个不同频率的信号的带通滤波器，通带宽度与三个信号的要求相应，有足够小的插入损耗。 。星形滤波式三工器构成原理图 谐振于f2和f3的带通滤波器 F2和F3及其引线L2和L3在星点O并联后，对频率为f1的信号来说，呈并联谐振，呈现高阻抗，使f1信号直接送往天线。同理，F1和F3及其引线L1和L3在星点O并联后，对频率为f2的信号呈现高阻抗；F1和F2及其引线L1和L2在星点O并联后，对频率为f3的信号呈现高阻抗。三路信号可以互不影响地在天线合成。混合型三工器 当输入频道中最高频率和最低频率相差4MHz以上时，可以把星形双工器与3dB桥形双工器组合成混合型三工器。

38、混合型三工器构成 第五节锁相环原理1、锁相环路的作用、构成与原理 （1）作用 环路产生一个本振信号，其相位“锁定”在环路输入信号的相位上。相位锁定是指两个信号的频率完全相同，二者的相位差保持恒定值。此外，锁相环路还可抑制掉输入信号的相位抖动，输出一个“干净”的信号。 （2）构成锁相环路由鉴相器、环路低通滤波器与压控振荡器（VCO）组成。 （3）原理 设输入信号ui(t)和本振信号u0(t)分别是正弦与余弦信号，它们在鉴相器进行比较，鉴相器的输出电压e0(t)是二者相位差的函数。环路低通滤波器滤掉e0(t)中的高频分量，将输出电压p(t)加到压控振荡器（VCO）的输入端。压控振荡器送出的本振信号

39、频率随着输入电压的变化而变化。 当输入信号ui(t)和本振信号u0(t)的频率相同且相位差900时，鉴相器的输出电压e0(t)中的低频分量为零，因此，环路低通滤波器的输出也为零，此时压控振荡器的振荡频率不发生变化，二者的频率相同且相位差固定不变。 如果输入信号ui(t)和本振信号u0(t)二者的频率不一致，鉴相器的输出电压e0(t)将产生低频变化分量，通过环路低通滤波器使 压控振荡器的振荡频率发生变化，这种变化将使本振信号u0(t) 的频率与输入信号ui(t) 的频率二者完全一致起来。 当本振信号u0(t) 的频率与输入信号ui(t) 的频率二者完全一致，二者的相位差保持某一恒定值时，鉴相器的

40、输出将是一个直流电压，压控振荡器的振荡频率将停止变化，这时的环路处于“锁定状态”。第六节调频广播发射机构成 调制式立体声调频激励器立体声编码器： 输入信号为L和R 输出信号为立体声复合信号 调频激励器 压控振荡器（VCO）： 产生载波频率f0,调制信号（单声或立体声复合信号）改变（控制）载波频率。瞬时振荡频率在载波频率（中心频率）上下随着调制电压的变化规律而变化 。 压控振荡器用可变电容（变容二极管）改变频率。 变容二极管振荡回路 锁相稳频单元（PLL/AFC） f0= f0 /n, fr= fr /m, f0与 fr在鉴相器比较，产生误差信号u d(t),经滤除高频成分后得到控制信号u c(

41、t),送到压控振荡期振荡电路中变容二极管的负极，改变电容，进而改变输出频率f0 ，使f0 /n逐渐逼近fr /m，达到同频，接近同相。使振荡频率锁定在晶体基准频率上，达到稳频的目的。FM调制器功率放大器 全固态调频发射机的较大功率的功率放大器，主要由功放模块、功率分配器和合成器、低通滤波器和定向耦合器组成。 主要指标要求：增益高、效率高、带宽（调频全频段）和谐波抑制好。 功放模块是功放电路的基本单元 功率放大管现都采用MOSFET晶体管（BLF278和MFR151G等） MOSFET晶体管是电压控制器件，当Vgs有较小的变化时，将引起Id较大的变化。 优点：输入、输出阻抗高，容易实现宽带匹配；

42、增益高，容易实现对功率的控制；漏源击穿电压高，对安全、可靠工作有利；具有负温度参数，温度稳定性好；效率高，低导通内阻，消耗功率小；.低电压供电，寿命长。 缺点：由于输入阻抗高，栅极电流很小，所以在栅极感应的电荷也不易泄放，由此产生较高的感应电压，造成栅极的绝缘容易被击穿而损坏；耐受温度的能力低；承受大驻波比高反射电压的能力差。 MOSFET晶体管的存放和使用注意事项：存放在防静电的包装盒内或将各电极短路的情况下存放；取用时要采取防静电措施；安装时源极S接地要好；用防静电烙铁在5秒钟内焊接； MOSFET晶体管一种简易测量方法： 用M500型三用表10K电阻档测量栅源两极和漏源两极来判断管子的好

43、坏。 MOSFET晶体管更换方法（1） 用吸锡器、吸锡绳将焊锡吸净，将损坏的管子拆下，并把电路板焊锡处理平，把安装管子的散热部分处理干净。（2） 带上防静电手镯，将管子底板涂上导热硅脂，放在电路上，用螺钉拧紧。（3） 用防静电烙铁先焊漏极，再焊栅极。场效应推挽管功放模块方框图输入电路：不平衡/平衡、阻抗变换（在87-108MHz范围内保持50） 。 输出电路：阻抗变换（在87-108MHz范围内保持50） 、平衡/不平衡。 （单管放大电路只有阻抗变换电路。） 要求：输入与输出电路的转换、变换电路必须满足宽带和匹配要求。 宽带：87-108MHz 匹配：使变换、匹配电路阻抗的虚数部分与信号源阻抗

44、的虚数部分相抵消，同时使他们的实数部分相同，实现最大的功率传输。 输入与输出电路可以利用变压器方式、电感电容集中参数或分布参数、微带线、RF电缆等方式来实现。 用MOSFET晶体管BLF278的300W功放模块 （飞利浦） 用MOSFET晶体管MFR151G的300W功放模块（摩托罗拉）（摩托罗拉）发射机谐波滤波器 要求谐波输出应低于基波60dB（输出功率为300W的发射机，各次谐波的输出均应小于0.3mW）。 滤波器特性滤波器的输入阻抗在整个工作频段中均匀，电压驻波比优于1：1.1；滤波器的插入损耗应尽可能小。 利用定向耦合器检测发射机的 入射功率与反射功率 全部功率通过主传输线(中间)传向

45、天线,上下两边各有一条耦合带与主传输线相耦合。 入射功率由1端口输入,由直通端4输出,从耦合端2可获得一小部分入射功率，经检波后，得到代表入射功率的直流电压。 反射功率由4端口输入,由直通端1返回发射机,从耦合端2可获得一小部分反射功率，经检波后，得到代表反射功率的直流电压。 第七节 调频发射机供电 功放 放大器需要大功率低电压直流稳压电源 ,采用无工频 变压器的、高频的 、用脉宽调制（PDM）方式稳压的电源，简称开关电源。 特点： 允许输入交流电压大的波动范围（超出15%）； 稳定精度高，电压可稳定在0.1%以内； 效率高，可达95%； 重量轻、体积小。 高压整流器直接对220伏交流电整流，

46、经滤波后得到大约300伏的直流电压，为高频变换器的场效应管供电，场效应管的栅极受脉宽调制器送来的100kHz脉冲控制，场效应管作为开关管，随脉冲的有无而导通或关断，导通的持续时间取决于脉冲宽度。 高频变换器送出的是100kHz的高压脉冲，经脉冲变压器降压后进行整流和滤波，送出放大器要求的直流电压和电流。 稳压原理 直流输出取样,将电压变化信息送到脉宽调制器,控制脉冲宽度:当输出电压低(高)于设定值时,脉宽调制器输出的脉冲宽度变宽(窄),从而使输出电压上升(下降)。将工频 变为高频脉冲的好处： * 变压器由大而重的工频变压器 变成小而轻的脉冲变压器 ； * 滤波电容和滤波电感值均可变小； *稳压

47、方法几乎不消耗功率。 第 八节 调频广播发射机的电声指标 调频广播发射机的电声指标是衡量播出质量的重要指标，主要包括信噪比、非线性失真和频响。1. 信噪比：经过解调后的有用音频信号与噪声之比，用分贝表示: lg（信号电压噪声电电压）(dB) 2. 非线性失真：解调后的音频谐波分量与基波分量之比用百分数表示: %100)/.(122221uuuun3. 响率响应：解调后以1KHz音频为参考点,看（30Hz15KHz）各频点的平坦度，数学式为:20 lg(30Hz15kHz电平)/1kHz电平 (dB) 4、残波辐射：除基波以外的谐波辐射,包括带内、带外的杂散辐射,用dB表示,数学公式： S=10

48、 lg (残波辐射功率基波输出功率) (dB) 5. 分离度：左右信号间相应的泄漏量,即立体声左/右信号分离度，数学式为: S=20 lg EL(或ER)/ ER(或EL) ( dB)6.整机效率：发射机发射功率与发射机从电网吸收的功率（包括照明与冷却设备等消耗的功率）之比， 调频广播发射指标测量 GB/T 4311-2000 米波调频广播技术规范GY/T 169-2001 米波调频广播发射机技术要求和测测量方法量方法 信噪比测量：a.按测量方框图连接仪器，由发射机高频信号耦合器拾取适当电平的高频信号送给综合测试仪。b.导频信号保持10的调制不变。c.调频立体声发射机和综合测试仪分别使用50s

49、预加重和去加重网络。d.用音频信号发生器送1KHz信号到调频立体声发射机L或R输入端，使总调制为100 75KHz频偏。在解码器L或R输出端测得电平值，并以此电平为基准。e.去掉调频立体声发射机L或R输入信号，在解码器输出端测得噪声电平值，该基准电平与噪声电平之差值，即为L或R的信噪比。失真度测量a.按测量方框图连接仪器，由发射机高频信号耦合器拾取适当电平的高频信号送给综合测试仪。b.导频信号保持10的调制不变。c.调频立体声发射机和综合测试仪不使用加重和去加重网络，音频信号发生器分别送0.03KHz、0.04KHz、0.1KHz、0.4KHz、1KHz、3KHz、5KHz、7KHz、10KH

50、z、12KHz、15KHz信号到调频立体声发射机L或R输入端，且使总调制保持100不变。d.在综合测试仪上测出上述各频点的L或R失真。频率响应测量a.按测量方框图连接仪器，由发射机高频信号耦合器拾取适当电平的高频信号送给综合测试仪。b.导频信号保持10的调制不变。c.调频立体声发射机和综合测试仪在不加重和不去重情况下测量。音频信号发生器送1KHz信号，加到调频立体声发射机的L或R输入端，且使总调制为100 75KHz频偏，并记录此电平值为基准.d.改变音频信号发生器的频率，分别送0.03KHz、0.04KHz、0.1KHz、0.4KHz、1KHz、3KHz、5KHz、7KHz、10KHz、12KHz、15KHz信号到调频发射机L或R输入端。e.在不加重和不去重时，在综合测试仪上测量各频点电平值。与1KHz频率时的基准电平之差，即为频点的响应值。立体声分离度测量 a按测量方框图连接仪器，由发射机高频信号耦合器拾取适当电平的高频信号送给综合测试仪。b导频信号保持10的调制不变。c调频立体声发射机和综合测试仪不使用加重和去加重网络。d改变音频信号发生器的频率，分别送0.03KHz、0.04KHz、0.1KHz、0.4KHz、1KHz、3KHz、5KHz、7KHz、10KHz、12KHz、15KHz信号到调频立体声发射机L或R输入端，且使总调制保持100不变。e.在立体声解码